Будова електронної оболонки атома алюмінію — [Ne]3s²3p¹. На зовнішньому електронному рівні атом містить 3 електрона. Тому у своїх сполуках алюміній завжди проявляє тільки одну ступінь окиснення, рівну +3.

Зверни увагу!

За поширеністю у земній корі алюміній займає третє місце після кисню і силіцію, а серед металів — перше.

У земній корі алюміній зустрічається виключно у складі сполук.

Основні природні мінерали алюмінію:

боксит, склад якого можна приблизно виразити формулою Al₂O₃⋅xH₂O,
нефелін (Na,K)₂O⋅Al₂O₃⋅2H₂O,
каолініт Al₂O₃⋅SiO₂⋅2H₂O.

Каолініт — зразок численних алюмосилікатів, що включають переважно атоми Силіцію і Оксигену, які дуже широко поширені в природі.

Фізичні властивості

У вільному стані алюміній — світлий блискучий метал, легкий (густина — 2,7г/см3), відносно м'який, ковкий, легко витягується в дріт і фольгу, легкоплавкий (tпл.= 660 °С), має високу тепло- і електропровідність.

Алюміній є хімічно активним металом, проте за звичайних умов він є стійким на повітрі і зберігає свій металічний блиск тривалий час. Це пояснюється тим, що поверхня алюмінію покрита тонкою, невидимою оку, прозорою, але щільною плівкою алюміній оксиду, яка перешкоджає взаємодії алюмінію з компонентами атмосфери (парами води і киснем).

Властивості алюмінію зумовили його широке застосування і необхідність отримання алюмінію в вільному вигляді.

Отримання

У лабораторних умовах невелику кількість алюмінію можна отримати шляхом відновлення алюміній хлориду калієм при високій температурі:

Таким чином алюміній був отриманий уперше.

У промислових умовах алюміній отримують з бокситів. При нагріванні бокситів утворюється алюміній оксид. Відновити алюміній з оксиду за допомогою традиційних відновників практично неможливо, тому його отримують методом електролізу.

При цьому на катоді відновлюється алюміній, а на аноді — окиснюється кисень. Сумарна реакція електролізу виражається рівнянням:

Хімічні властивості алюмінію

Згідно положенню у ряду активності металів, алюміній є активним металом.

Проте під час реакцій (наприклад, з киснем і водою) на поверхні алюмінію, одразу утворюється захисна оксидна плівка, метал пасивується.

Яким чином можна забезпечити постійний доступ реагентів до поверхні металу?

Якщо подряпати поверхню алюмінію, будь-яким твердим предметом, оксидна плівка знову швидко утвориться і реакція припиниться.

Є й інший спосіб: можна використати здатність алюмінію утворювати амальгаму — сплав з ртуттю, з якої плівка алюміній оксиду легко видаляється.

Якщо занурити алюміній на декілька секунд у підкислений розчин меркурій (II) хлориду або меркурій (II) нітрату, то буде відбуватися реакція заміщення, буде утворюватися металева ртуть, яка осідає на поверхні алюмінію і утворює з ним амальгаму:

При нагріванні алюміній активно реагує з киснем, сіркою, галогенами:

2Al+3Br₂→2AlBr₃

При взаємодії алюмінію з йодом нагрівання не потрібно, а каталізатором реакції є крапля води:

Нагріті алюмінієві ошурки реагують з водяною парою:

Алюміній легко розчиняється у розбавлених кислотах:

Зверни увагу!

Концентровані нітратна і сульфатна кислоти не взаємодіють з алюмінієм.

Вони пасивують його поверхню завдяки утворенню щільної плівки алюміній оксиду.

Проте, реакція відбувається при нагріванні:

У надлишку розчинів лугів алюміній розчиняється з утворенням комплексних солей:

При високій температурі алюміній взаємодіє з оксидами інших металів з утворенням металу і алюміній оксиду. Цей метод отримання металів називають алюмотермією. За допомогою цього методу можна отримати манган, залізо та інші метали у лабораторних умовах:

Сполуки алюмінію

Алюміній оксид

Алюміній утворює оксид складу Al₂O₃.

Алюміній оксид має амфотерні властивості, тобто реагує з розчинами і кислот, і лугів:

При сплаві алюміній оксиду з основами, основними оксидами і карбонатами утворюються відповідні солі метаалюмінати:

Алюміній гідроксид

Якщо до розчину солі алюмінію додавати по краплях розчин лугу, то випаде білий осад. Склад осаду, що утворюється, залежить від умов його отримання і може бути виражений формулою Al₂O₃⋅xH₂O, проте для простоти у рівняннях реакцій формулу записують як Al(OH)₃:

Якщо під час цієї реакції до розчину лугу по краплях доливати розчин солі алюмінію, то осад можна і не побачити, оскільки алюміній гідроксид Al(OH)₃, який утворюється, легко розчиняється в надлишку лугу з утворенням добре розчинної комплексної солі:

При нагріванні алюміній гідроксид перетворюється на оксид:

Алюміній гідроксид є амфотерною сполукою, тобто проявляє як основні, так і кислотні властивості. Основні властивості проявляються у реакціях з кислотами:

При високій температурі (сплавлянні) алюміній гідроксид реагує з основами, основними оксидами і карбонатами з утворенням метаалюмінатів:

Зверни увагу!

Оксид і гідроксид алюмінію мають амфотерні властивості.

Використання алюмінію та його сполук

Алюміній найчастіше використовується як проста речовина.

Цей легкий і стійкий до корозії метал використовується для отримання сплавів, які застосовуються в авіаційній і космічній техніці, річкових суднах і катерах, автомобілях, а також у промисловості для виготовлення посуду, побутової техніки, тощо.

алюміній_використання.jpg

Алюміній має високу електропровідність. Тому його використовують при виготовленні електричних проводів і кабелів.

Завдяки високій теплопровідності алюміній та його сплави застосовують при виробництві радіаторів для обігріву та відведення теплоти.

Дрібнодисперсний алюмінієвий порошок (алюмінієва пудра) використовується як пігмент у фарбах.

Суміш алюмінію з ферум(III) оксидом називають термітом, і використовують для зварювання залізничний труб і рейок.

Природний мінерал корунд, що являє собою чистий кристалічний алюміній оксид, завдяки високій твердості використовується як абразивний матеріал.

Синтетичний алюміній оксид широко застосовується у виробництві кераміки, яка є стійкою при дуже високих температурах.

Природні монокристали алюміній оксиду (мінерали рубін, сапфір) є дорогоцінним камінням та використовуються у виробництві ювелірних прикрас.

Велике значення має каолініт, значні кількості якого витрачаються при виробництві цементу, який використовується у будівництві.

4 з 12 балів

Здійснити ряд перетворень

Al→Al₂(SO₄)₃→AlCl₃→Al(NO₃)₃

4 з 12 балів

Розв'язати задачу

Сплав міді й алюмінію масою 15 г обробили надлишком хлоридної кислоти й добули водень об’ємом 13,44 л (н. у.). Обчисліть масові частки металів у сплаві.